KR101774680B1

KR101774680B1 - 2축 압출기 및 2축 압출기를 사용한 혼련 방법

Info

Publication number: KR101774680B1
Application number: KR1020157032165A
Authority: KR
Inventors: 아키요시 고바야시; 도시키 나카자와; 마사토시 오하라; 히로유키 사이토
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2017-09-04
Also published as: DE112014002426T5; CN105228802B; JP5508571B1; WO2014185199A1; CN105228802A; US10532492B2; JP2014223725A; DE112014002426B4; US20160207225A1; KR20150140373A

Abstract

재료의 혼련에 사용되는, 생산성이 우수한 2축 압출기를 제공한다. 2축 압출기는, 제1 스크류부가 서로 교합하는 2조 나사를 구비하고, 축간 거리 C에 대한 제1 스크류부의 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값이며, 제3 스크류부가 서로 교합하는 3조 나사를 구비하고, 축간 거리 C에 대한 제3 스크류부의 외형 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값이며, 제2 스크류부의 외경 D2가 제1 스크류부로부터 제3 스크류부를 향하여 점감되는 스크류를 갖는다.

Description

2축 압출기 및 2축 압출기를 사용한 혼련 방법{TWIN-SCREW EXTRUDER AND KNEADING METHOD USING TWIN-SCREW EXTRUDER}

본 발명은, 수지 원료 등의 재료를 혼련하는 2축 압출기에 관한 것으로, 특히 수지 원료와 분체상의 충전제 혼련에 사용되는 2축 압출기 및 2축 압출기를 사용한 혼련 방법에 관한 것이다.

펠릿 형상이나 분체상의 수지 원료 등의 재료를 혼련하는 2축 압출기가 알려져 있다. 일반적으로, 당해 2축 압출기는, 재료를 공급하는 재료 공급구와, 재료 공급구로부터 공급된 재료가 통과하는 삽입 관통 구멍과, 삽입 관통 구멍을 통과하는 사이에 혼련된 재료를 토출하는 토출구가 설치된 배럴을 구비하고 있다. 이 배럴의 삽입 관통 구멍에는, 일정한 축간 거리를 유지하여 평행하게 배치되고, 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하는 2개의 스크류가 삽입되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 상기 배럴과 상기 2개의 스크류를 구비하고, 또한, 높은 재료 처리 능력을 가짐으로써, 배럴 내에서의 재료의 체류 시간을 짧게 하고, 혼련된 재료에 물성의 열화를 발생시키지 않는 2축 압출기가 개시되어 있다. 또한, 예를 들어, 특허문헌 2에는, 상기 배럴과 상기 2개의 스크류를 구비하고, 또한, 공기 배출 장치를 구비함으로써, 생산 능력을 높인 2축 압출기가 개시되어 있다.

또한, 상기의 2축 압출기에 설치되는 스크류로서, 다양한 재료를 혼련하기 위해, 스크류 형상(스크류 구성)을 변경할 수 있는 조립식의 스크류가 사용된다. 조립식의 스크류는, 동일한 외경에 정렬된 복수의 스크류 엘리먼트나 니딩 디스크 등을 스크류축의 외주에 끼워 맞춰서 조립된다. 이와 같이 조립되는 조립식의 스크류는, 혼련되는 재료에 적합한 스크류 형상(스크류 구성)으로 되어 있다.

종래, 2축 압출기에 있어서는, 단위 시간당의 재료의 처리량을 높이기 위해, 스크류의 외경에 대해 스크류의 골부 직경을 작게 함으로써, 스크류의 혼련 용적을 크게 한 2조 나사의 깊은 홈 스크류를 사용함과 함께, 스크류의 회전 구동력을 크게 하는 개량이 행해져 있다. 스크류의 골부 직경을 작게 하기 위해서는 스크류축의 외경도 작게 해야 한다. 한편, 스크류의 회전 구동력을 크게 하기 위해서는 스크류축의 강도를 강하게 해야 한다. 이와 같이 스크류축의 외형을 작게 하면서 스크류축의 강도를 강하게 한다고 하는 문제를 해결하기 위해, 예를 들어, 특허문헌 3에 개시되어 있는, 고강도 스플라인을 형성한 축을 사용하는 것이 생각된다.

상기와 같이 2축 압출기의 단위 시간당의 재료의 처리량을 높이기 위한 개량이 진행되고, 최근에는, 스크류의 골부 직경이나 스크류축의 외경에 대해서는 설계적으로 한계의 값에 도달하고 있다.

일본 특허 공표 평11-512666호 공보 일본 특허 공개 제2000-25094호 공보 일본 특허 공개 평10-238548호 공보

2축 압출기에 있어서는, 예를 들어, 수지 원료와 분체상의 충전제를 재료로 하고, 수지 원료와 분체상의 충전제를 소정의 비율로 재료 공급구로부터 공급하여, 재료 중에 충전제를 균일하게 분산시키는 혼련이 행해진다. 이와 같은 혼련에 있어서는, 혼련된 재료의 열 이력에 의한 물성의 열화와 재료 중의 충전제의 분산 상태가 각각 허용 범위 내인 것을 필요 조건으로서, 2축 압출기의 운전 조건이 결정된다. 재료 공급구에의 공급 시에는, 분체상의 충전제 중에 공기가 혼입되어 있고, 2축 압출기 내에서 용융, 혼련되면 혼입되어 있었던 공기가 배출되어, 재료의 체적이 감소한다. 이때, 스크류의 회전수가 높으면 체적이 감소한 재료에는 전단 작용이 강하게 작용하므로, 재료 온도가 상승하여 열에 의한 물성의 열화를 발생하기 쉽다. 반대로, 스크류의 회전수가 낮으면 재료에 작용하는 전단 작용이 부족하여, 재료 중의 충전제의 분산 상태가 불균일해지기 쉽다.

2축 압출기에 있어서, 혼련된 재료의 물성과 분산 상태와의 2개 조건을 동시에 만족시키기 위해서는, 공급하는 재료의 양에 따라서 스크류의 회전수를 적정한 회전수로 설정해야 한다. 그러나, 단위 시간당의 재료의 처리량을 높이는 것을 중요시하여, 스크류, 스크류축, 스크류의 회전 구동력의 개량을 행해 온 종래의 2축 압출기는 그 성능을 충분히 발휘할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 현상을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 공급된 재료를 혼련하는 경우에, 혼련된 재료의 물성 열화와 분산 상태가 허용 범위 내에 있고, 또한, 단위 시간당의 재료의 처리량도 많아, 생산성이 우수한 2축 압출기 및 2축 압출기를 사용한 혼련 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 형태에 의하면, 2축 압출기는, 일단부측에 재료 공급구를 가짐과 함께 타단부측에 토출구를 갖는 배럴에, 일정한 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되고 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하는 2개의 스크류를 갖고, 스크류는 일단부측부터 타단부측을 향하여, 제1 스크류부, 제2 스크류부, 제3 스크류부를 갖는다. 상기 제1 스크류부는 서로 교합하는 2조 나사를 구비하고, 축간 거리 C에 대한 제1 스크류부의 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값이다. 상기 제3 스크류부는 서로 교합하는 3조 나사를 구비하고, 축간 거리 C에 대한 제3 스크류부의 외형 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값이다. 상기 제2 스크류부의 외경 D2는 제1 스크류부로부터 제3 스크류부를 향하여 점감한다. 상기 배럴은, 스크류에 대응하여, 제1 배럴부, 제2 배럴부, 제3 배럴부를 갖고 있다. 상기 제1 배럴부에 설치된 스크류의 삽입 관통 구멍은, 제1 스크류부의 외경 D1에 대해 소정의 간극을 구비하고 있다. 상기 제3 배럴부에 설치된 스크류의 삽입 관통 구멍은, 제3 스크류부의 외경 D3에 대해 소정의 간극을 구비하고 있다. 상기 제2 배럴부에 설치된 스크류의 삽입 관통 구멍은, 제1 배럴부로부터 제3 배럴부를 향하여 점감한다.

또한, 본 발명의 일 형태에 의하면, 2축 압출기를 사용한 혼련 방법에 있어서, 상기 2축 압출기는, 일단부측에 재료 공급구를 가짐과 함께 타단부측에 토출구를 갖는 배럴에, 일정한 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되고 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하는 2개의 스크류를 갖고, 상기 스크류는 상기 일단부측으로부터 상기 타단부측을 향하여, 제1 스크류부, 제2 스크류부 및 제3 스크류부를 가짐과 함께, 상기 배럴은 상기 제1 스크류부, 제2 스크류부 및 제3 스크류부에 대응하여, 제1 배럴부, 제2 배럴부 및 제3 배럴부를 갖고, 상기 재료 공급구로부터 공급되는 재료를 상기 2개의 스크류에 의해 혼련하면서 상기 토출구에 이송하고, 상기 토출구로부터 혼련된 상기 재료를 토출한다. 상기 제1 스크류부는, 서로 교합하는 2조 나사를 구비함과 함께, 상기 축간 거리 C에 대한 상기 제1 스크류부의 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값으로 구성되고, 상기 제1 배럴부에 설치되는 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제1 스크류부의 외경 D1에 대해 소정의 간극을 갖고 있으며, 상기 제1 스크류부는, 상기 제1 스크류부와 상기 제1 배럴부로 구성되는 제1 부분을 통과하도록, 상기 재료 공급구로부터 공급되는 재료를 이송한다. 상기 제2 스크류부는, 외경 D2가 상기 제1 스크류부로부터 상기 제3 스크류부를 향하여 점감되도록 구성되고, 상기 제2 배럴부에 설치된 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은 상기 제1 배럴부로부터 상기 제3 배럴부를 향하여 점감되도록 구성되어 있고, 상기 제2 스크류부는, 상기 제2 스크류부와 상기 제2 배럴부로 구성되는 제2 부분을 통과하도록, 상기 제1 부분으로부터 이송되는 상기 재료를 이송한다. 상기 제3 스크류부는, 서로 교합하는 3조 나사를 구비함과 함께, 상기 축간 거리 C에 대한 상기 제3 스크류부의 외형 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값으로 구성되고, 상기 제3 배럴부에 설치되는 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제3 스크류부의 외경 D3에 대해 소정의 간극을 갖고 있으며, 상기 제3 스크류부는, 상기 제3 스크류부와 상기 제3 배럴부로 구성되는 제3 부분을 통과하도록, 상기 제2 부분으로부터 이송되는 상기 재료를 이송한다.

상기 2축 압출기 및 상기 2축 압출기를 사용한 혼련 방법에서는, 일정한 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되고, 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하는 2개의 스크류가, 외경 D1이 큰 2조 나사의 제1 스크류부와, 외경 D3이 작은 3조 나사의 제3 스크류부를 갖고 있으므로, 공급된 수지 원료와 분체상의 충전제 재료로부터 혼입되어 있었던 공기가 배출되어 재료 용적이 작아져도, 스크류의 회전에 의한 전단 작용을 적정하게 작용시킬 수 있어, 혼련된 재료의 물성 열화와 분산 상태를 허용 범위 내에 수용할 수 있다.

또한, 상기 2축 압출기 및 상기 2축 압출기를 사용한 혼련 방법에서는, 제1 스크류부는, 축간 거리 C에 대한 제1 스크류부의 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 사이의 값이므로, 종래의 2축 압출기보다도 단위 시간당의 재료의 처리량이 높아진다. 따라서, 종래의 2축 압출기보다도 생산성이 우수한 혼련을 행할 수 있다.

본 발명의 2축 압출기 및 2축 압출기의 혼련 방법에 의하면, 공급된 재료를 혼련하는 경우에, 혼련된 재료의 물성 열화와 분산 상태가 허용 범위 내로 할 수 있고, 또한, 단위 시간당의 재료의 처리량을 많게 하여, 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 2축 압출기의 개략도이다.
도 2는 도 1의 I-I 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도 1, 도 2, 도 3 및 표 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 개략 구성을 나타내는 것이다.

2축 압출기(10)는 기어 상자(11)를 구비하고 있다. 기어 상자(11)는, 일정한 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되고, 동일 방향으로 회전하는 2개의 출력축(12)을 갖고, 당해 기어 상자(11)에 접속된 구동 모터(13)로부터 얻어지는 회전력을 출력축(12)으로부터 2개의 스크류(15)에 전달한다. 출력축(12)에는, 2개의 스크류(15)의 기부가 접속되어 있다. 2개의 스크류(15)는 배럴 내에서 2개의 출력축(12)과 마찬가지로 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되어 있다. 또한, 2개의 스크류(15)는, 각각 대응하는 출력축(12)을 통하여 구동 모터(13)의 회전이 전달되고, 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전한다.

배럴(14)의 내부에는, 스크류(15)가 삽입되는 2개의 삽입 관통 구멍(16)이 형성되어 있다. 삽입 관통 구멍(16)은 배럴(14)의 길이 방향을 따라서 형성된 구멍이며, 서로 교합하는 2개의 스크류(15)가 삽입 가능하도록 주위 방향의 일부에서 중첩되어 있다. 배럴(14)의 길이 방향의 일단부측은, 기어 상자(11)에 근접하고 있다. 당해 일단부측에는, 혼련되는 재료(수지 원료와 분체상의 충전제)를 삽입 관통 구멍(16)에 공급하기 위한 재료 공급구(17)가 설치되어 있다. 한편, 배럴(14)의 길이 방향의 타단부측에는, 삽입 관통 구멍(16)을 통과하는 사이에 혼련된 재료를 토출하기 위한 토출구(18)가 설치되어 있다. 배럴(14)의 외주에는, 배럴(14)을 가열함으로써 삽입 관통 구멍(16)에 공급된 재료를 가열하는 히터(19)가 설치되어 있다.

스크류(15)는 재료 공급구(17)가 설치된 배럴(14)의 일단부측으로부터, 토출구(18)가 설치된 배럴(14)의 타단부측을 향하여, 제1 스크류부(21), 제2 스크류부(22), 제3 스크류부(23)를 갖는다. 배럴(14)은 재료 공급구(17)가 설치된 일단부측으로부터, 토출구(18)가 설치된 타단부측을 향하여, 스크류(15)의 제1 스크류부(21), 제2 스크류부(22), 제3 스크류부(23)에 대응하여, 제1 배럴부(31), 제2 배럴부(32), 제3 배럴부(33)를 갖는다.

또한, 배럴(14)의 길이 방향의 전체 길이 L, 제1 배럴부(31)와 제1 스크류부(21)의 길이 L1, 제2 배럴부(32)와 제2 스크류부(22)의 길이 L2, 제3 배럴부(33)와 제3 스크류부(23)의 길이 L3은, 혼련되는 재료에 따라서 적절히 결정된다.

본 발명의 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)는 배럴(14)의 재료 공급구(17)와 토출구(18) 사이에, 혼련 중에 재료로부터 발생한 휘발분 등을 배럴(14) 외부로 배출하기 위한 벤트 포트(도시하지 않음)나, 재료에 혼입되어 있었던 공기를 배럴(14) 외부로 배출하기 위한 공기 배출 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있다.

또한, 2축 압출기(10)의 스크류(15)는, 종래의 2축 압출기와 마찬가지로, 다양한 재료가 혼련되도록, 스크류 엘리먼트의 사이에 니딩 디스크 등을 배치한 조립식의 스크류를 사용하고 있다.

도 2 및 도 3은, 2축 압출기(10)의 단면의 구성을 도시하는 도면이며, 도 2는 도 1의 제1 스크류부(21) 및 제1 배럴부(31)의 I-I 단면을 나타내고, 도 3은 도 1의 제3 스크류부(23)와 제3 배럴부(33)의 II-II 단면을 나타낸다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 재료 공급구(17)측에 설치된 제1 스크류부(21)는 2조 나사를 구비하고 있다. 제1 스크류부(21)의 외경 D1은, 축간 거리 C에 대한 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값(1.25≤D1/C≤1.40)이 되도록 설정되어 있다. 이 값은, 단위 시간당의 재료의 처리량을 높이는 것을 중요시한 종래의 2축 압출기의 축간 거리 C에 대한 스크류의 외경 S의 비 S/C보다도 크게 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)와 종래의 2축 압출기가 동일한 기어 상자(11)를 갖고, 동일한 축간 거리 C이었던 경우, 종래의 2축 압출기의 스크류의 외경 S보다도, 본 실시 형태에 관한 축 압출기(10)의 제1 스크류부(21)의 외경 D1은 크게 설정되어 있다.

종래의 2축 압출기의 스크류 골부 직경이나 스크류축의 외경은 설계적으로 한계의 값에 도달하고 있지만, 수지 원료와 분체상의 충전제 재료를 혼련하는 경우, 종래의 2축 압출기의 스크류나 스크류축의 강도는 과잉이고, 그 과잉분의 강도에 상당하는 스크류나 스크류축의 두께를 낮춤으로써, 축간 거리 C에 대한 외경 D1의 비 D1/C를 1.25로부터 1.40까지의 값으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 비 D1/C가 1.40을 초과하면(D1/C>1.40), 수지 원료와 분체상의 충전제 재료를 혼련하는 경우라도 스크류나 스크류축의 강도가 부족하게 되므로 바람직하지 않다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 토출구(18)측에 설치된 제3 스크류부(23)는 3조 나사를 구비하고 있다. 제3 스크류부(23)의 외경 D3은, 축간 거리 C에 대한 외경 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값(1.05≤D3/C≤1.10)이 되도록 설정되어 있다. 이 값은, 단위 시간당의 재료의 처리량을 높이는 것을 중요시한 종래의 2축 압출기의 축간 거리 C에 대한 스크류의 외경 S의 비 S/C보다도, 작게 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)와 종래의 2축 압출기가 동일한 기어 상자(11)를 갖고, 동일한 축간 거리 C이었던 경우, 종래의 2축 압출기의 스크류의 외경 S보다도, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 제3 스크류부(23)의 외경 D3은 작게 되어 있다.

또한, 비 D3/C가 1.05보다 작게 되면(D3/C<1.05), 스크류의 골부가 얕아져, 2축 압출기(10)의 재료를 이송하는 능력이 떨어지므로 바람직하지 않다.

상대적으로, 외경 D1이 큰 제1 스크류부(21)와, 외경 D3이 작은 제3 스크류부(23)를 원활하게 접속하도록, 서로 교합하는 제2 스크류부(22)의 외경 D2는 제1 스크류부(21)로부터 제3 스크류부(23)를 향하여 점감되고 있다.

재료 공급구(17)측에 설치되고 제1 스크류부(21)에 대응하는 제1 배럴부(31)의 삽입 관통 구멍(16)은, 제1 스크류부(21)의 외경 D1에 대해, 소정의 간극 a1을 형성한 구멍 직경 F1(F1=D1＋2×a1)로 설정되어 있다. 또한, 제1 배럴부(31)의 간극 a1은, 축간 거리 C에 대한 간극 a1의 비 a1/C가, 0.005로부터 0.015까지의 값(0.005≤a1/C≤0.015)이 되도록 설정되어 있다.

토출구(18)측에 설치되고 제3 스크류부(23)에 대응하는 제3 배럴부(33)의 삽입 관통 구멍(16)은, 제3 스크류부(23)의 외경 D3에 대해, 소정의 간극 a3을 형성한 구멍 직경 F3(F3=D3＋2×a3)이 되도록 설정되어 있다. 상대적으로는, 제1 배럴부(31)의 삽입 관통 구멍(16)의 구멍 직경(1)보다도, 제3 배럴부(33)의 삽입 관통 구멍(16)의 구멍 직경 F3은 작다. 또한, 제3 배럴부(33)의 간극 a3은, 축간 거리 C에 대한 간극 a3의 비 a3/C가, 간극 a1과 마찬가지로, 0.005로부터 0.015까지의 값(0.005≤a3/C≤0.015)이 되도록 설정되어 있다.

구멍 직경 F1이 큰 제1 배럴부(31)의 삽입 관통 구멍(16)과, 구멍 직경 F3이 작은 제3 배럴부(33)의 삽입 관통 구멍(16)을 원활하게 접속하도록, 제2 배럴부(32)의 삽입 관통 구멍(16)의 구멍 직경 F2는 제1 배럴부(31)로부터 제3 배럴부(33)를 향하여 점감되고 있다.

서로 교합하는 2개의 스크류(15)의 제1 스크류부(21)는 교합 간극 b1이 형성되어 있다. 제1 스크류부(21)의 교합 간극 b1은, 축간 거리 C에 대한 간극 b1의 비 b1/C가, 0.01로부터 0.02까지의 값(0.01≤b1/C≤0.02)이 되도록 설정되어 있다.

제1 스크류부(21)의 골부 직경 E1은, C=b1＋(D1＋E1)/2의 관계에 있다.

제3 스크류부(23)에도, 교합 간극 b3이 형성되어 있다. 제3 스크류부(23)의 교합 간극 b3은, 축간 거리 C에 대한 간극 b3의 비 b3/C가, 0.01로부터 0.02까지의 값(0.01≤b3/C≤0.02)이 되도록 설정되어 있다.

제3 스크류부(23)의 골부 직경 E3도, C=b3＋(D3＋E3)/2의 관계에 있다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 작용에 대해서 설명한다.

2축 압출기(10)의 배럴(14)은, 미리 소정의 온도가 되도록, 히터(19)에 의해 가열되어 있다. 배럴(14)의 2개의 삽입 관통 구멍(16)에 삽입된 2개의 스크류(15)는 구동 모터(13)가 회전 구동함으로써, 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하고 있다.

수지 원료와 분체상의 충전제를 혼련하는 재료로 하고, 재료 공급 장치(도시하지 않음)에 의해, 단위 시간당 소정의 중량만큼 재료가 재료 공급구(17)에 공급된다. 공급된 재료는, 2조 나사를 구비한 제1 스크류부(21), 제1 배럴부(31)에서, 가열, 용융, 혼련되면서, 제2 스크류부(22), 제2 배럴부(32)에 이송된다. 이때, 벤트 포트(도시하지 않음)로부터, 재료로부터 발생한 휘발분의 배출을 행하고, 공기 배출 기구(도시하지 않음)로부터, 재료에 혼입되어 있었던 공기의 배출이 행해진다.

제1 스크류부(21)는 2조 나사를 구비하고, 축간 거리 C에 대한 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값으로 설정되어 있으므로, 종래의 2축 압출기에 비해, 스크류의 혼련 용적이 크고, 단위 시간당의 재료의 이송량, 혼련량이 크다.

제1 스크류부(21), 제1 배럴부(31)에서 용융, 혼련함으로써, 혼입되어 있었던 공기가 배출되어 체적이 감소한 재료는, 외경 D2가 외경 D1로부터 외경 D3에 점감되는 제2 스크류부(22), 구멍 직경 F2가 구멍 직경 F1로부터 F3에 점감되는 제2 배럴부(32)를 통과하고, 제3 스크류부(23), 제3 배럴부(33)에 이송된다.

제3 스크류부(23)는, 축간 거리 C에 대한 외경 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값으로 설정되어 있으므로, 재료의 체적의 감소에 맞춰서 스크류의 혼련 용적도 작게 되어 있다. 제3 스크류부(23)는 3조 나사를 구비하고 있으므로, 2조 나사에 비교하여, 용융된 재료 중에 분체상의 충전제를 균일하게 분산할 수 있다.

또한, 제3 스크류부(23)의 외경 D3은, 제1 스크류부(21)의 외경 D1보다도 작으므로, 제3 스크류부(23)의 나사산의 주속은, 제1 스크류부(21)의 나사산의 주속보다도 느리게 된다. 따라서, 단위 시간당의 재료의 처리량을 높이기 위해 스크류(15)의 회전수를 증가시켜도, 제3 스크류부(23)에서는 재료 중에 포함되는 수지에 과도한 전단 작용이 작용되지 않아, 물성의 열화가 허용 범위 내에 수용되도록 재료 온도의 상승을 작게 할 수 있다.

다음에, 표 1에 나타낸 실시예 및 비교예에 의해, 다시 설명한다.

[실시예 1]

본 출원인은, 스크류 외형의 호칭 지름이 48㎜인 도시바 기까이 가부시끼가이샤제의 종래의 2축 압출기, 형식 TEM-48을 기초로, 배럴(14)의 삽입 관통 구멍(16), 스크류(15)의 형상을 변경하여, 축간 거리 C에 대한 제1 스크류부(21)의 외경 D1의 비 D1/C가 1.26(D1/C=1.26), 축간 거리 C에 대한 제3 스크류부(23)의 외경 D3의 비 D3/C가 1.09(D3/C=1.09)인 2축 압출기(10)를 준비했다.

또한, 본 출원인은, 혼련되는 재료를, 용융 흐름 지수(MI값)가 25인 펠릿 형상의 폴리프로필렌(PP)과, 입경이 5㎛인 분체상의 탈크로 하고, 상기 2축 압출기(10)를 사용해서 폴리프로필렌 70중량％ 중에 탈크 30중량％를 분산시키는 혼련을 행했다.

본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)는 스크류 회전수 340min^-1에서, 200Kg/H(매시 200Kg)의 처리량을 나타냈다. 그때 토출구(18)에서의 재료 온도는 230.3℃이고, 혼련된 재료 중의 탈크의 분산 상태는 균일하고 양호한 상태(○ 표시)이었다.

[실시예 2]

본 출원인은, 실시예 1과 동일한 2축 압출기(10)를 사용하고, 실시예 1과 동일한 재료로 혼련을 행했다.

본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)는 스크류 회전수 500min^-1에서, 300Kg/H(매시 300Kg)의 처리량을 나타냈다. 그때 토출구(18)에서의 재료 온도는 235.7℃이고, 혼련된 재료 중의 탈크의 분산 상태는 균일하고 양호한 상태(○ 표시)이었다.

[비교예 1]

본 출원인은, 스크류 외형의 호칭 지름이 48㎜인 도시바 기까이 가부시끼가이샤제의 종래의 2축 압출기, 형식 TEM-48을 사용하고, 실시예 1, 실시예 2와 동일한 재료로 혼련을 행했다. 또한, 이 2축 압출기의 스크류는 기부로부터 선단부에 걸쳐 동일 외경에 2조 나사를 구비하고, 축간 거리 C에 대한 스크류의 외경 S의 비 S/C는 1.18이다.

이 2축 압출기는, 스크류 회전수 380min^-1에서, 200Kg/H(매시 200Kg)의 처리량을 나타냈다. 그때 토출구에서의 재료 온도는 232.6℃이고, 혼련된 재료 중의 탈크의 분산 상태에 대해서는, 여기저기에서 탈크의 응집물이 보여, 분산 불량한 상태(× 표시)이었다.

[비교예 2]

본 출원인은, 비교예 1과 동일한 종래의 2축 압출기를 사용하고, 비교예 1과 동일한 재료로 혼련을 행했다.

이 종래의 2축 압출기는, 스크류 회전수 620min^-1에서, 300Kg/H(매시 300Kg)의 처리량을 나타냈다. 그때 토출구에서의 재료 온도는 246.2℃이고, 혼련된 재료 중의 탈크의 분산 상태에 대해서는, 여기저기에서 탈크의 응집물이 보여, 분산 불량한 상태(× 표시)이었다.

실시예 1과 비교예 1, 실시예 2와 비교예 2와의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)에 의한 재료의 혼련에서는, 종래의 2축 압출기에 대해, 더 낮은 스크류 회전수로 소정의 단위 시간당의 처리량이 얻어지는 것, 즉 단위 시간당의 처리량이 높은 것, 혼련된 재료의 물성 열화에 관여하는 재료 온도가 낮은 것 및 혼련된 재료 중의 탈크의 분산 상태가 양호한 상태인 것이 나타나 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 효과가 충분히 발휘되어 있다.

또한, 단위 시간당의 처리량을 200Kg/H로부터 300Kg/H에 증가시킨 경우의 실시예 1로부터 실시예 2에의 변화의 정도와, 비교예 1로부터 비교예 2에의 변화의 정도를 비교한 경우, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 쪽이, 종래의 2축 압출기보다 스크류 회전수의 상승이 적고, 재료 온도의 상승도 적은 것이 나타나 있다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)는, 혼련된 재료의 물성 열화와 분산 상태를 허용 범위 내에 수용할 수 있어, 단위 시간당의 재료의 처리량도 높아지므로, 종래의 2축 압출기보다, 생산성이 우수한 혼련을 행할 수 있다.

실시예 1, 실시예 2에서 사용한 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 기어 상자(11)는, 비교예 1, 비교예 2에서 사용한 종래의 2축 압출기의 기어 상자와 동일하고, 축간 거리 C도 동일하다. 단위 시간당의 처리량을 중요시한 종래의 2축 압출기의 스크류, 스크류축의 과잉 강도분의 두께를 낮추고, 배럴(14)의 삽입 관통 구멍(16), 스크류(15)의 형상을 변경하면, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)를 구성할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 설계, 제작 시에서는, 새롭게 하나부터 설계, 제작을 행하지 않아도, 종래의 2축 압출기를 기본으로 하여, 배럴(14)의 삽입 관통 구멍(16), 스크류(15)를 변경해서 제작해도 좋다. 또한, 이미 설비되어 있는 종래의 2축 압출기의 배럴, 스크류를 개조하여, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)로 하는 것도 가능하다.

단, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)로 하기 위한 종래의 2축 압출기의 스크류, 배럴의 변경은, 제1 스크류부(21), 제1 배럴부(31)를 종래대로의 외경, 내경으로서 변경하지 않고, 제3 스크류부(23), 제3 배럴부(33)의 외경, 내경만을 작게 하는 변경이나, 제3 스크류부(23), 제3 배럴부(33)를 종래대로의 외경, 내경으로서 변경하지 않고, 제1 스크류부(21), 제1 배럴부(31)의 외경, 내경만을 크게 하는 변경에서는, 본 실시 형태에 관한 2축 압출기(10)의 효과는 얻어지지 않는다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 혼련되는 재료로서 펠릿 형상의 폴리프로필렌과 분체상의 탈크의 경우를 나타냈지만, 본 발명의 2축 압출기 및 2축 압출기를 사용한 혼련 방법에 의해 혼련되는 재료는 이에 한정하지 않고, 다양한 수지 원료와 분체상의 충전제 등의 혼련에 적용된다. 또한, 본 발명의 2축 압출기 및 2축 압출기를 사용한 혼련 방법은, 분체상의 수지 원료의 혼련에도 적용하는 것이 가능하다.

10 : 2축 압출기
11 : 기어 상자
12 : 출력축
13 : 구동 모터
14 : 배럴
15 : 스크류
16 : 삽입 관통 구멍
17 : 재료 공급구
18 : 토출구
19 : 히터
21 : 제1 스크류부
22 : 제2 스크류부
23 : 제3 스크류부
31 : 제1 배럴부
32 : 제2 배럴부
33 : 제3 배럴부

Claims

일단부측에 재료 공급구를 가짐과 함께 타단부측에 토출구를 갖는 배럴에, 일정한 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되고 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하는 2개의 스크류를 갖는 2축 압출기에 있어서, 상기 스크류는 상기 일단부측으로부터 상기 타단부측을 향하여, 제1 스크류부, 제2 스크류부, 제3 스크류부를 갖고, 상기 제1 스크류부는 서로 교합하는 2조 나사를 구비하고, 상기 축간 거리 C에 대한 상기 제1 스크류부의 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값이며, 상기 제3 스크류부는 서로 교합하는 3조 나사를 구비하고, 상기 축간 거리 C에 대한 상기 제3 스크류부의 외형 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값이며, 상기 제2 스크류부의 외경 D2는 상기 제1 스크류부로부터 상기 제3 스크류부를 향하여 점감되고, 상기 배럴은, 상기 스크류에 대응하여, 제1 배럴부, 제2 배럴부, 제3 배럴부를 갖고, 상기 제1 배럴부에 설치된 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제1 스크류부의 외경 D1에 대해 소정의 간극을 구비하고, 상기 제3 배럴부에 설치된 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제3 스크류부의 외경 D3에 대해 소정의 간극을 구비하고, 상기 제2 배럴부에 설치된 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제1 배럴부로부터 상기 제3 배럴부를 향하여 점감되는 것을 특징으로 하는 2축 압출기.
일단부측에 재료 공급구를 가짐과 함께 타단부측에 토출구를 갖는 배럴에, 일정한 축간 거리 C를 유지하여 평행하게 배치되고 서로 교합하면서 동일 방향으로 회전하는 2개의 스크류를 갖고, 상기 스크류는 상기 일단부측으로부터 상기 타단부측을 향하여, 제1 스크류부, 제2 스크류부 및 제3 스크류부를 가짐과 함께, 상기 배럴은 상기 제1 스크류부, 제2 스크류부 및 제3 스크류부에 대응하여, 제1 배럴부, 제2 배럴부 및 제3 배럴부를 갖고, 상기 재료 공급구로부터 공급되는 재료를 상기 2개의 스크류에 의해 혼련하면서 상기 토출구에 이송하고, 상기 토출구로부터 혼련된 상기 재료를 토출하는 2축 압출기를 사용한 혼련 방법이며,
상기 제1 스크류부는, 서로 교합하는 2조 나사를 구비함과 함께, 상기 축간 거리 C에 대한 상기 제1 스크류부의 외경 D1의 비 D1/C가 1.25로부터 1.40까지의 값으로 구성되고, 상기 제1 배럴부에 설치되는 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제1 스크류부의 외경 D1에 대해 소정의 간극을 갖고 있으며, 상기 제1 스크류부는, 상기 제1 스크류부와 상기 제1 배럴부로 구성되는 제1 부분을 통과하도록, 상기 재료 공급구로부터 공급되는 재료를 이송하고,
상기 제2 스크류부는, 외경 D2가 상기 제1 스크류부로부터 상기 제3 스크류부를 향하여 점감되도록 구성되고, 상기 제2 배럴부에 설치된 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은 상기 제1 배럴부로부터 상기 제3 배럴부를 향하여 점감되도록 구성되어 있고, 상기 제2 스크류부는, 상기 제2 스크류부와 상기 제2 배럴부로 구성되는 제2 부분을 통과하도록, 상기 제1 부분으로부터 이송되는 상기 재료를 이송하고,
상기 제3 스크류부는, 서로 교합하는 3조 나사를 구비함과 함께, 상기 축간 거리 C에 대한 상기 제3 스크류부의 외형 D3의 비 D3/C가 1.05로부터 1.10까지의 값으로 구성되고, 상기 제3 배럴부에 설치되는 상기 스크류의 삽입 관통 구멍은, 상기 제3 스크류부의 외경 D3에 대해 소정의 간극을 갖고 있으며, 상기 제3 스크류부는, 상기 제3 스크류부와 상기 제3 배럴부로 구성되는 제3 부분을 통과하도록, 상기 제2 부분으로부터 이송되는 상기 재료를 이송하는, 2축 압출기를 사용한 혼련 방법.